2014-04-22
712
Молекулярно-кинетической теорией называется учение, объясняющее свойства тел взаимодействием и движением молекул. Основные ее положения таковы:
1. Все тела состоят из мельчайших частиц - атомов и молекул.
2. Между атомами и молекулами существуют силы взаимодействия, которые обнаруживаются на расстояниях, сравнимых с размерами молекул. Взаимодействие существенно зависит от типа молекул и расстояний между ними.
3. Атомы и молекулы находятся в состоянии непрерывного хаотического движения.
Рассмотрим газообразное состояние вещества, которое характеризуется четырьмя величинами: массой - т, объемом - V, давлением - Р и температурой Т. Все эти величины в газообразном состоянии вещества зависят друг от друга и при изменении одной из них, вообще говоря, меняются все остальные. Простейшими свойствами обладает газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало. Такой газ называется идеальным. Всякий реальный газ при достаточном разрежении близок по своим свойствам к идеальному. Некоторые газы, такие, как воздух, азот, кислород, даже при обычных условиях, т.е. при комнатной температуре и атмосферном давлении, мало отличаются от идеального газа. Формула, закономерно связывающая характеристики газообразного состояния вещества, называется уравнением состояния идеального газа или уравнением Менделеева-Клапейрона и записывается:
|
|
|
(3.22)
где R - универсальная газовая постоянная (R = 8,31) - масса моля. Моль - единица измерения количества вещества в системе СИ. Моль — количество вещества, масса которого в граммах равна его относительной молекулярной массе. В моле любого вещества содержится одинаковое число молекул NA =6,02·1023 (число Авогадро).
Основным уравнением кинетической теории газов называют уравнение, устанавливающее связь между давлением газа, его объемом и энергией. Для идеального газа мы допускаем отсутствие взаимодействия молекул, а следовательно, энергия газа является только кинетической энергией движущихся молекул. Простейшие рассуждения приводят к тому, что давление газа P=, где п - число молекул в единице объема; т — масса молекулы; v — средняя скорость молекулы. Учитывая, что кинетическая энергия поступательного движения молекулы, можем записать предыдущее выражение в виде:
(3.23)
Уравнение (3.23) называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа. Основное уравнение позволяет сделать ряд выводов:
1. Произведение давления газа на его объем (для данной массы газа при постоянной температуре) есть величина постоянная, равная кинетической энергии непрерывного хаотического поступательного движения молекул, т.е.
|
|
|
(3.24)
2. На основании формул (3.22) и (3.24) получаем, что кинетическая энергия идеального газа Ек прямо пропорциональна абсолютной температуре Т:
(3.25)
Кинетическая энергия одной молекулы будет:
, (3.26)
где К = 1,38-10 Дж/град. Эта зависимость позволяет вычислить скорости газовых молекул при заданной температуре: среднеквадратичную, среднеарифметическую и вероятную:
, и
3.Кинетическую энергию движения частиц, также как и температуру, можно рассматривать как меру теплового движения.
Учитывая выражение (3.26), получим зависимость,т.е. температура есть количественная мера энергии теплового движения молекул, из которых состоит тело. Определенная из этого условия шкала температур называется термодинамической (шкалой Кельвина).
